Nízkoenergetické a pasivní stavby

Nízkoenergetické a pasivní stavby Bakalářský studijní program Ing. Pavlína Charvátová 2013 České Budějovice 1

Tento učební materiál vznikl v rámci projektu "Integrace a podpora studentů se specifickými vzdělávacími potřebami na Vysoké škole technické a ekonomické v Českých Budějovicích" s registračním číslem CZ.1.07./2.2.00/29.0019. Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. 1. vydání ISBN Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích, 2013 Vydala: Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích, Okružní 10, 370 01 České Budějovice Za obsahovou a jazykovou správnost odpovídají autoři a garanti příslušných předmětů. 2

Obsah Kapitola 1 - Zelená architektura... 6 1.1 Pojem zelená budova... 7 1.2 Energetický a environmentální význam... 8 1.3 Ekonomický význam... 8 1.4 Sociální význam... 8 Kapitola 2 - Energetická bilance a kategorie budov... 10 2.1 Princip hodnocení... 10 2.2 Kategorie budov... 11 2.2.1 Nízkoenergetické budovy... 11 2.2.2 Pasivní budovy... 11 2.2.3 Energeticky nulové budovy... 12 2.2.4 Energeticky nezávislé budovy... 12 2.3 Budovy nové generace... 12 Kapitola 3 - Požadavky na tepelnou ochranu budov, stavební řešení... 14 3.1 Základní pojmy... 15 3.2 Šíření tepla... 16 3.2.1 Nejnižší povrchová teplota... 16 3.2.2 Součinitel prostupu tepla... 19 3.2.3 Průměrný součinitel prostupu tepla... 25 3.2.4 Lineární a bodový činitel prostupu tepla... 29 3.3 Hodnocení podlahových konstrukcí... 36 3.4 Šíření vlhkosti... 40 3

3.5 Šíření vzduchu konstrukcí a budovou... 53 3.5.1 Průvzdušnost... 53 3.5.2 Větrání... 55 3.6 Hodnocení tepelné stability místností a budov... 57 3.6.1 Zimní období... 57 3.6.2 Letní období... 59 Kapitola 4 - Progresivní materiály pro nízkoenergetické a pasivní budovy... 63 4.1 Tvarové řešení... 65 4.2 Dům zděný nebo dřevostavba?... 65 4.2.1 Zděný... 65 4.2.2 Dřevostavba... 65 Kapitola 5 - Progresivní řešení a technologie pro spodní stavbu... 67 Kapitola 6 - Progresivní řešení a technologie pro obvodové konstrukce... 71 6.1 Výplně otvorů... 71 6.2 Obvodové konstrukce... 73 Kapitola 7 - Progresivní řešení a technologie pro střešní konstrukce... 77 Kapitola 8 - Progresivní technologie pro izolační systémy... 81 8.1 Polystyren... 82 8.1.1 Expandovaný pěnový polystyren - EPS... 82 8.1.2 Extrudovaný polystyren - XPS... 83 8.2 Minerální vlna MW... 83 8.3 Pěnový polyuretan PUR... 84 8.3.1 Lehká PUR pěna... 84 8.3.2 Tvrdá PUR pěna... 84 4

8.4 Pěnové sklo... 84 8.5 Celulóza... 85 8.6 Vakuová izolace... 86 8.7 Izolace z přírodních materiálů... 87 Kapitola 9 - Progresivní technologie solární architektury... 91 9.1 Fotovoltaické systémy... 91 9.2 Solární tepelné soustavy... 92 Kapitola 10 - Progresivní technologie pro využití geotermální energie... 94 10.1 Využití geotermální energie... 95 10.2 Výroba elektrické energie... 95 10.3 Využití v Česku... 96 Kapitola 11 - Enviromentální posuzování nízkoenergetických a pasivních budov... 98 11.1 Metodika hodnocení... 99 Kapitola 12 - Koncepce navrhování nízkoenergetických a pasivních budov... 102 Kapitola 13 - Závěrečné shrnutí a trendy vývoje do budoucnosti... 104 Použitá literatura... 108 5

Kapitola 1 - Zelená architektura KLÍČOVÉ POJMY Zelená architektura, environmentální přínos, zelené budovy, úspora CÍLE KAPITOLY Pochopení pojmu Zelená architektura a její přínos. 4 hodiny ČAS POTŘEBNÝ KE STUDIU U KAPITOLY VÝKLAD V čase ropné krize v 70. letech zájem o šetření přírodních zdrojů, používání obnovitelných zdrojů energie, zvýšení energetické efektivnosti budov. V 80. letech návrh budov s co nejnižší spotřebou energie a neobnovitelných zdrojů nízkoenergetické budovy. V 90. letech formálně pojem zelená budova.. 6

1.1 Pojem zelená budova Podle EPA (U. S. ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY): Zelená budova je budova navrhnutá tak, aby byla zabezpečená maximální účinnost v souvislosti s používáním zdrojů energií, vody a materiálů, a s minimalizací dopadů budovy na lidské zdraví a životní prostředí v průběhu celého životného cyklu, tj. od pre-design, návrhu, realizace až po provedení, údržbu a obnovu. Podle WORLD GREEN BUILDING COUNCIL: Zelené budovy jsou takové, které výrazně snižují nebo eliminují vliv na životní prostředí efektivně hospodaří s vodou, optimalizují energetickou efektivnost, šetří přírodní zdroje, produkují méně odpadů a podporují vytvoření zdravějšího vnitřního klima pro uživatele v porovnání s tradičními budovami. Stavební postupy jsou směrované ke splnění udržitelného plánování lokalit, k využívání a ochraně vod, k zachování materiálů a zdrojů energií, energetické účinnosti budov a k vytvoření kvalitního vnitřního prostředí. Podle USGBC podle zprávy uveřejněné v roce 2006, víc jak 70 procent z výzkumů zelených budov je zaměřených na výzkum energie a atmosféry. Dalším předmětem výzkumu jsou materiály a zdroje, jako je kvalita vnitřního prostředí. Podle organizace BUILD GREEN: Zelené budovy patří mezi ekologicky udržitelné stavby, které jsou navrhované, realizované a provozované tak, aby byl zabezpečený jejich minimální vliv na ŽP takové budovy, dobře zrealizované, ušetří peníze, zvýší komfort a vytvoří zdravé prostředí pro jejich obyvatele. Podle publikace OECD, ENVIRONMENTALLY SUSTAINABLE BUILDING: Zelená budova je environmentálně udržitelná budova, navrhnutá, konstruovaná a provozovaná tak, aby se zabezpečilo minimalizování celkových vlivů na životní prostředí. Podle knihy: GREEN BUILDING DESIGN & CONSTRUCTION GUIDELINES (Raymond J. Cole, Kevin Connery, David Rousseau, Ian Theaker) 7

Zelená budova redukuje environmentální vliv na ŽP po čase celého životného cyklu. Zabraňuje: - znehodnocování přírodních zdrojů, - nadměrné spotřebě zdrojů, - zvýšení produkce odpadů a znečištění. Ochraňuje: - přírodní a neobnovitelné zdroje materiálů a energií, - zdraví lidí. 1.2 Energetický a environmentální význam Snížení spotřeby energií snížení výstavby elektráren snížení spotřeby fosilních paliv snížení tvorby emisí CO 2 méně skleníkových plynů snížení vlivu globálního oteplování snížení množství vázané energie z neobnovitelných materiálů snížení i dalších indikátorů zapříčiňujících uskutečňování klimatických změn. 1.3 Ekonomický význam Snížení nákladů na provoz budovy ušetření financí zvýšení konkurenceschopnosti na trhu. 1.4 Sociální význam Vytvoření kvalitního vnitřního klima bez uvolňování nežádoucích látek zabezpečení zvýšení komfortu vyšší produktivita uživatelů vytvoření udržitelné budoucnosti poskytnutí materiálů pro budoucí generace. 8

STUDIJNÍ MATERIÁLY Použitá literatura TYWONIAK, J., 2005. Nízkoenergetické domy: principy a příklady. In Stavitel. 1. vyd. Praha: Grada, 193 s. Stavitel. ISBN 80-247-1101-X. TYWONIAK, J., 2008. Nízkoenergetické domy 2: principy a příklady. In Stavitel. 1. vyd. Praha: Grada, 193 s. Stavitel. ISBN 978-80-247-2061-6. TYWONIAK, J., 2012. Nízkoenergetické domy 3: nulové, pasivní a další.. In Stavitel. 1. vyd. Praha: Grada, 195 s. Stavitel. ISBN 978-80-247-3832-1. OTÁZKY A ÚKOLY 1. Definujte pojem zelená budova. 2. Proč a jak navrhovat zelené budovy. 3. Popište energetický a environmentální přínos zelených budov. KLÍČ K ŘEŠENÍ OTÁZEK 1. Viz výklad. 2. Viz výklad. 3. Viz výklad. 9

Kapitola 2 - Energetická bilance a kategorie budov KLÍČOVÉ POJMY Energetická bilance, hodnocení, kategorie budov, měrná potřeba, nízkoenergetický dům, pasivní dům, nulová budova CÍLE KAPITOLY Pochopení energetické bilance, hodnocení budov a jednotlivé kategorie budov. 6 hodin ČAS POTŘEBNÝ KE STUDIU U KAPITOLY VÝKLAD 2.1 Princip hodnocení Hodnocení stavebně-energetických energetických vlastností budovy se provádí na více úrovních, jmenovitě podle: Součinitele prostupu tepla (stanovené limity nebo doporučení pro jednotlivé teplosměnné konstrukce, tedy konstrukce oddělující vytápěný prostor od venkovního prostředí, sousedního nevytápěného prostoru nebo přiléhajíc ající zeminy, a/nebo stanovený limit pro střední hodnotu součinitele prostupu tepla obálky budovy), 10

Měrné potřeby tepla na vytápění (bez vlivu účinnosti otopné soustavy), Měrné potřeby energie na vytápění (včetně vlivu účinnosti otopné soustavy), Měrné potřeby primární energie na vytápění, Měrné potřeby energie na provoz budovy, Měrné potřeby primární energie na provoz budovy, Měrných ekvivalentních emisí CO 2 při provozu budovy 2.2 Kategorie budov 2.2.1 Nízkoenergetické budovy Nízkoenergetické budovy jsou charakterizovány nízkou potřebou tepla na vytápění. Té je dosahováno zejména optimalizovaným stavebním řešením obálky budovy. Za nízkoenergetickou budovu se obvykle požaduje budova, jejíž potřeba tepla na vytápění je výrazně nižší než aktuální požadavek národních předpisů. Pro nízkoenergetické budovy je obvyklá hodnota měrné potřeby tepla na vytápění do 50 kwh/(m 2.a) a požaduje se účinná otopná soustava budovy. 2.2.2 Pasivní budovy Pasivní budovy jsou charakterizovány minimalizovanou potřebou energie na zajištění požadovaného stavu vnitřního prostředí a minimalizovanou potřebou primární energie z neobnovitelných zdrojů na jejich provoz díky optimalizovanému stavebnímu řešení a dalším opatřením. 11

2.2.3 Energeticky nulové budovy Hodnocení vychází z roční bilance energetických potřeb a energetické produkce v budově a jejím okolí, vyjádřené v hodnotách primární energie. Předpokládá se, že budova je připojena na obvyklé energetické sítě. Zpravidla je výhodné, aby stavební řešení a technická zařízení budovy byla navržena tak, aby odpovídala standardu pasivní budovy. 2.2.4 Energeticky nezávislé budovy Jako energeticky nezávislé budovy se označují budovy bez potřeby dodávek energie ze zdrojů mimo budovu. Zpravidla se jedná o budovy mimo zastavěné území, kde napojení na energetické sítě nebylo možné, a jiná dodávka energie by byla obtížná. I v takovém případě je vhodné, aby byla budova řešena jako pasivní. Vyrovnání mezi energetickou produkcí a spotřebou energie slouží akumulace energie do tepelných zásobníků, elektrických akumulátorů a využití akumulace energie v podzákladí. Určitá míra energetické nezávislosti může být významným požadavkem i u budov umístěných v zastavěných územích. Znamená totiž menší omezení provozu v případě krátkodobého výpadku v energetickém zásobování. 2.3 Budovy nové generace energeticky nulové budovy, energeticky pozitivní budovy, budovy jako součásti energeticky nulové nebo energeticky pozitivní městské čtvrti (města), budovy se zvýšenou energetickou soběstačností, budovy energeticky nezávislé, vhodné kombinace předchozích. 12

STUDIJNÍ MATERIÁLY Použitá literatura TYWONIAK, J., 2005. Nízkoenergetické domy: principy a příklady. In Stavitel. 1. vyd. Praha: Grada, 193 s. Stavitel. ISBN 80-247-1101-X. TYWONIAK, J., 2008. Nízkoenergetické domy 2: principy a příklady. In Stavitel. 1. vyd. Praha: Grada, 193 s. Stavitel. ISBN 978-80-247-2061-6. TYWONIAK, J., 2012. Nízkoenergetické domy 3: nulové, pasivní a další.. In Stavitel. 1. vyd. Praha: Grada, 195 s. Stavitel. ISBN 978-80-247-3832-1. OTÁZKY A ÚKOLY 1. Podle čeho se hodnotí stavebně-energetické energetické vlastnosti budov. 2. Definujte nízkoenergetickou budovu. 3. Definujte pasivní budovu. 4. Definujte energeticky nezávislou budovu. KLÍČ K ŘEŠENÍ OTÁZEK 1. Viz výklad. 2. Viz výklad. 3. Viz výklad. 4. Viz výklad. 13

Kapitola 3 - Požadavky na tepelnou ochranu budov, stavební řešení KLÍČOVÉ POJMY Obálka budovy, tepelná ochrana budov, součinitel prostupu tepla, průměrný součinitel prostupu tepla, minimální teplota, teplotní faktor, lineární činitel prostupu tepla, bodový činitel prostupu tepla, pokles dotykové teploty, šíření vlhkosti, průvzdušnost, větrání, tepelná stabilita CÍLE KAPITOLY Pochopení základních požadavků na tepelnou ochranu budov, jejich stanovení a posouzení. 10 hodin ČAS POTŘEBNÝ KE STUDIU U KAPITOLY VÝKLAD Požadavky tepelné techniky je možné obecně rozdělit do čtyř vzájemně se prolínajících oblastí: - ochrana uživatelů budov (požadavky na zdravé prostředí a komfort), 14

- ochrana stavebních konstrukcí (příspěvek k zajištění odpovídající životnosti stavebních konstrukcí a jejích částí), - ekonomie provozu budov (zajištění nízkých provozních nákladů), - ochrana vnějšího prostředí (životního prostředí na lokální, regionální i globální úrovni). Současné splnění všech požadavků nemusí být snadné, zejména uvážíme-li, že existuje mnoho dalších požadavků z příbuzných oblastí (další kapitoly stavební fyziky, jako jsou stavební akustika či denní osvětlení, nebo oblast statiky apod.). 3.1 Základní pojmy Základní terminologie pro tepelnou ochranu budov je uvedena v ČSN 730540-1. Obálka budovy - je soubor všech teplosměnných konstrukcí na systémové hranici celé budovy nebo zóny, jež jsou vystaveny přilehlému prostředí, které tvoří venkovní vzduch, přilehlá zemina, vnitřní vzduch v přilehlém nevytápěném prostoru, sousední nevytápěné budově nebo sousední zóně budovy vytápěné na nižší vnitřní návrhovou teplotu. Konstrukce stavební konstrukce a výplně otvorů. Stavební konstrukce stěny, lehké obvodové pláště, příčky, střechy, stropy a podlahy. Výplně otvorů okna, světlíky, dveře, vrata a střešní poklopy a jejich sestavy včetně doplňkových prvků (roletové boxy, větrací prvky apod.), osazené do otvoru v budově, a průsvitné části lehkého obvodového pláště. Výplně otvorů se hodnotí včetně rámu. Rámy zahrnují okenní rámy a jejich díly včetně spojovacích profilů, zárubně, sloupky a příčle, poutce, rozšiřující profily a nadstavbové profily výplní otvorů. Lehký obvodový plášť sestava podle ČSN EN 13930, tj. ekvivalent výrobku, hodnocený vcelku. 15

Lehké konstrukce konstrukce s nízkou tepelnou setrvačností, které mají plošnou hmotnost vrstev (od vnitřního líce k rozhodující tepelněizolační vrstvě včetně) nižší než 100 kg/m 2. Ostatní konstrukce jsou považovány za těžké, tj. za konstrukce s vysokou tepelnou setrvačností. Temperovaný prostor uzavřený prostor nesloužící pobytu osob, kde je v zimním období teplota vzduchu záměrně výrazně nižší než v navazujícím prostoru vytápěném a vyšší než výpočtová teplota venkovní. Zpravidla se jedná o zádveří, vstupní haly a podobně. Temperovaný prostor je buď vytápěn cíleně na teplotu nižší 15 C (stanoví projektant), nebo nepřímo pomocí tepelných ztrát navazujícího vytápěného prostoru. Teplota takto temperovaného prostoru se stanoví podle ČSN EN ISO 13789 nebo podrobněji pomocí tepelné bilance. 3.2 Šíření tepla 3.2.1 Nejnižší povrchová teplota Teplota vnitřního povrchu stavebních konstrukcí ovlivňuje kvalitu vnitřního mikroklimatu v budovách a má tedy i vliv na uživatelský komfort stavebního objektu. Používá se při hodnocení rizika kondenzace vodní páry a výskytu plísní na vnitřním povrchu stavební konstrukce. Od roku 2007 se pro hodnocení požadavků na vnitřní povrchovou teplotu používá teplotní faktor vnitřního vzduchu. Jedná se o poměrnou veličinu, která je na rozdíl od vnitřní povrchové teploty vlastností konstrukce a nezávisí na působících teplotách. Pro neprůsvitné konstrukce je kritériem vyloučení vzniku plísní, pro okna vyloučení povrchové kondenzace vodní páry. Vyloučení vzniku plísní = relativní vlhkost max. 80 %. Vyloučení povrchové kondenzace = relativní vlhkost 100 %. 16

Požadavky stanovuje ČSN 730540-2. Stavební konstrukce v běžných prostorech s relativní vlhkostí vzduchu do 60 % musí ve všech místech svého vnitřního povrchu splňovat podmínku: f Rsi f Rsi,N f Rsi nejnižší teplotní faktor vnitřního povrchu konstrukce. f Rsi,N požadovaná hodnota nejnižšího teplotního faktoru vnitřního povrchu. Tab. 1: Kritický teplotní faktor vnitřního povrchu f Rsi,cr pro návrhovou relativní vlhkost vnitřního vzduchu φ i = 50% Konstrukce Výplň otvoru podle 4.6 Stavební konstrukce Zdroj: Vlastní Návrhová Návrhová venkovní teplota θ e [ C] teplota -13-14 -15-16 -17-18 -19-20 -21 vnitřního vzduchu Kritický teplotní faktor vnitřního povrchu f RSi,cr θ ai [ C] 20,0 0,647 0,648 0,649 0,649 0,650 0,650 0,650 0,650 0,650 20,3 0,649 0,650 0,651 0,652 0,652 0,652 0,652 0,652 0,651 20,6 0,652 0,653 0,653 0,654 0,654 0,654 0,654 0,654 0,653 20,9 0,654 0,655 0,655 0,656 0,656 0,656 0,656 0,655 0,655 21,0 0,655 0,656 0,656 0,656 0,657 0,657 0,656 0,656 0,655 20,0 0,748 0,746 0,744 0,751 0,757 0,764 0,770 0,776 0,781 20,3 0,750 0,747 0,745 0,752 0,759 0,765 0,771 0,777 0,782 20,6 0,751 0,749 0,747 0,754 0,760 0,766 0,772 0,778 0,783 20,9 0,753 0,751 0,748 0,755 0,762 0,768 0,773 0,779 0,784 21,0 0,753 0,751 0,749 0,756 0,762 0,768 0,774 0,779 0,785 Výpočet teplotního faktoru: f Rsi = 17

θ ai θ e θ si teplota na vnitřní straně hodnocené konstrukce. teplota na vnější straně hodnocené konstrukce. nejnižší vnitřní povrchová teplota. Příklad: θ ai = 21 C; θ e = -15 C; θ si = 13,6 C f Rsi = (13,6 (-15)) / (21 (-15)) = 0,794 Výpočet minimální teploty: Jednorozměrné šíření tepla Výpočet vychází ze vztahu pro výpočet teploty v libovolném místě konstrukce θ x = θ ai U.(R si + R x ).(θ ai θ e ) R x = 0 θ si = θ ai U. R si. (θ ai θ e ) θ ai θ e návrhová teplota vnitřního vzduchu návrhová teplota na vnější straně konstrukce Vícerozměrné šíření tepla Numerickým řešením parciální diferenciální rovnice vedení tepla. Tradičně se používá metoda sítí, nověji metoda konečných prvků. Např. program AREA 18

3.2.2 Součinitel prostupu tepla Základní způsoby šíření tepla Teplo je energie, která se šíří v jakémkoliv libovolném prostředí, pokud v tomto prostředí jsou místa s rozdílnými teplotami. Vzhledem ke snaze o vyrovnání teplotního stavu tělesa nebo prostoru dochází k šíření tepla od míst s vyšší teplotou do míst s nižší teplotou. 3 základní způsoby šíření tepla: vedením (kondukcí); prouděním (konvekcí); sáláním (radiací). Šíření tepla vedením K šíření tepla vedením dochází především v pevných látkách. Z hlediska stavební techniky se jedná o nejběžnější způsob šíření tepla, uplatňuje se u všech stavebních konstrukcí. Vedení tepla je v podstatě postupné odevzdávání kinetické energie molekulám tělesa při jejich dotyku. Vedení tepla popisuje Fourierův zákon (první a druhý). Šíření tepla prouděním - V kapalných a plynných látkách. - Částice látek se pohybují a přitom přenášejí teplo. Rozlišujeme přirozené proudění, které vzniká přemisťováním částic různé hmotnosti při zahřátí látky, a vynucené proudění, kde je proudění vyvoláno vnějšími vlivy v technické praxi obvykle čerpadlem nebo ventilátorem. Newtonův zákon popisuje hustotu tepelného toku při proudění. 19

Šíření tepla sáláním Je to v podstatě přenos elektromagnetického záření, především záření infračerveného. Toto záření vydává každé těleso o teplotě vyšší, než 0 K. Takovéto těleso nejen záření vydává, ale částečně i pohlcuje, odráží a propouští. Tepelný odpor, součinitel prostupu tepla Jsou základními veličinami charakterizujícími tepelně izolační vlastnosti stavebních konstrukcí. Tepelný odpor konstrukce R = d / λ [(m 2 K)/W] Vztah platí pro jednovrstvou homogenní konstrukci kolmou ke směru tepelného toku. Za stejného předpokladu lze vyčíslit i tepelný odpor vícevrstvé konstrukce. Tepelný odpor nehomogenních vrstev konstrukce Obr. 1: Ukázka nehomogenní vrstvy konstrukce 20

Je potřeba stanovit náhradní hodnotu součinitele tepelné vodivosti: λ 1. λ n jsou součinitelé tepelné vodivosti jednotlivých materiálů vrstvy [W/(m 2 K) ]. A 1.A n je plocha těchto materiálů v charakteristickém výseku nehomogenní vrstvy [m 2 ]. Odpor při přestupu tepla - Výměna tepla na povrchu konstrukce mezi konstrukcí a okolním prostředím. - Na základě proudění vzduchu na povrchu konstrukce a sáláním mezi povrchem konstrukce a okolními tělesy. Tepelný odpor konstrukce při přestupu tepla 25 20 15 10 [ C] 5 0-5 -10-15 -20 Obr. 2: Průběh teploty v konstrukci, znázornění jednotlivých odporů. 21

Pro jednovrstvou konstrukci: R T = R si + R + R se [(m 2 K)/W] Pro vícevrstvou konstrukci: R T = R si + R + R se [(m 2 K)/W] - Do tepelného odporu se standardně započítávají pouze ty vrstvy, které jsou účinně chráněny před účinky vlhkostí. - U dvouplášťových konstrukcí se do tepelného odporu započítávají pouze vrstvy vnitřního pláště. - Velmi tenké vrstvy lze zanedbat (lepenky, folie, atd.). Součinitel prostupu tepla Převrácená hodnota tepelného odporu. U = 1 / R T [W/(m 2 K)] U = 1 /(R si + R + R se ) R = d / λ Požadavky na součinitel prostupu tepla uvádí ČSN 730540-2. - Pro každou stavební konstrukci musí být splněna podmínka U U N. - U je součinitel prostupu tepla konstrukce. - U N je normou požadovaná hodnota součinitele prostupu tepla. Tab. 2: Požadované a doporučené hodnoty součinitele prostupu teplalo budovy s převažující návrhovou vnitřní teplotou 18 22 C Popis konstrukce Součinitel prostupu tepla [W/(m 2. K)] Požadované hodnoty Doporučené hodnoty Doporučené hodnoty pro 22

U N,20 U rec,20 pasivní Stěna vnější 0,30 1) těžká: 0,25 lehká: 0,20 budovy U pas,20 0,18 až 0,12 Střecha strmá se sklonem nad 45 0,30 0,20 0,18 až 0,12 Střecha plochá a šikmá se sklonem do 45 včetně 0,24 0,16 0,15 až 0,10 Strop s podlahou nad venkovním prostorem 0,24 0,16 0,15 až 0,10 Strop pod nevytápěnou půdou (se střechou bez tepelné izolace) Stěna k nevytápěné půdě (se střechou bez tepelné izolace) 0,30 0,20 0,15 až 0,10 těžká: 0,25 0,30 1) lehká: 0,20 0,18 až 0,12 Podlaha a stěna vytápěného prostoru přiléhá k zemině 4), 6) 0,45 0,30 0,22 až 0,15 Strop a stěna vnitřní z vytápěného k nevytápěnému prostoru Strop a stěna vnitřní z vytápěného k temperovanému prostoru Strop a stěna vnější z temperovaného prostoru k venkovnímu prostředí 0,60 0,40 0,30 až 0,20 0,75 0,50 0,38 až 0,25 0,75 0,5 0,38 až 0,25 Podlaha a stěna temperovaného prostoru přilehlá k zemině 6) 0,85 0,6 0,45 až 0,30 Stěna mezi sousedními budovami 3) 1,05 0,70 0,5 Strop mezi prostory s rozdílem teplot do 10 C včetně Stěna mezi prostory s rozdílem teplot do 10 C včetně Strop vnitřní mezi prostory s rozdílem teplot do 5 C včetně 1,05 0,70 1,30 0,90 2,2 1,45 23

Stěna vnitřní mezi prostory s rozdílem teplot do 5 C včetně 2,7 1,8 Výplň otvoru ve vnější stěně a strmé střeše, z vytápěného prostoru do venkovního 1,5 2) 1,2 0,8 až 0,6 prostředí, kromě dveří Šikmá výplň otvoru se sklonem do 45, z vytápěného prostoru do venkovního 1,4 7) 1,1 0,9 prostředí Dveřní výplň otvoru z vytápěného prostoru do venkovního prostředí (včetně rámu) 1,7 1,2 0,9 Výplň otvoru vedoucí z vytápěného do temperovaného prostoru 3,5 2,3 1,7 Výplň otvoru vedoucí z temperovaného prostoru do venkovního prostoru 3,5 2,3 1,7 Šikmá výplň otvoru se sklonem do 45 vedoucí z temperovaného prostoru do 2,6 1,7 1,4 venkovního prostředí Lehký obvodový plášť (LOP), hodnocený jako smontovaná f w 0,5 0,3 + 1,4. f w sestava včetně nosných prvků, s poměrnou plochou průsvitné výplně otvoru f w = A w / A, v m 2 /m 2, kde 0,2 + f w 0,15 + 0,85. f w A je celková plocha lehkého f w > 0,5 0,7 + 0,6. f w obvodového pláště (LOP), v m 2 ; Aw je plocha průsvitné výplně otvoru sloužící převážně k osvětlení interiéru včetně 24

příslušných částí rámu v LOP, v m 2. Kovový rám výplně otvorů 1,8 1,0 Nekovový rám výplně otvoru 5) 1,3 0,9 0,7 Rám lehkého obvodového pláště 1,8 1,2 POZNÁMKY 1) Pro jednovrstvé zdivo se nejpozději do 31. 12. 2012 připouští hodnota 0,38 W/(m 2 K). 2) Nejpozději do 31. 12. 2012 se připouští hodnota 1,7 W/(m 2 K). 3) Nemusí se vždy jednat o teplosměnnou plochu, ovšem s ohledem na postup výstavby a možné změny způsobu užívání se zjišťuje tepelná ochrana na uvedené úrovni. 4) V případě podlahového a stěnového vytápění se do hodnoty součinitele prostupu tepla započítávají pouze vrstvy od roviny, ve které je umístěno vytápění, směrem do exteriéru. 5) Platí i pro rámy využívající kombinace materiálů, včetně kovových, jako jsou například dřevo-hliníkové rámy. 6) Odpovídá výpočtu součinitele prostupu tepla podle ČSN 730540-4 (tj. bez vlivu zeminy), nikoli výslednému působení podle ČSN EN ISO 13370. 7) Nejpozději do 31. 12. 2012 se připouští hodnota 1,5 W/(m 2 K). Zdroj: Vlastní 3.2.3 Průměrný součinitel prostupu tepla U em [W/(m 2.K)] - Postup výpočtu dle ČSN 730540-4. - Výpočet pomocí programu ENERGIE. U em = H T / A A celková plocha konstrukcí ohraničující vytápěný objem budovy v m 2. H T je měrná ztráta prostupem tepla ve W/K. H T = A i. U i. b i + l i. ψ i. b i + χ i. b i 25

zjednodušený vztah: H T = A i. U i. b i + A. ΔU tbm - A i plocha i-té konstrukce ohraničující vytápěný prostor v m 2 ; - U i součinitel prostupu tepla i-té konstrukce ve W/(m 2.K); - l i délka i-té tepelné vazby na hranici budovy v m; - ψ i lineární činitel prostupu tepla i-té tepelné vazby na hranici budovy ve W/(m.K) - χ i bodový činitel prostupu tepla i-té tepelné vazby ve W/K (obvykle se zanedbává); - b i činitel teplotní redukce pro i-tou konstrukci nebo tepelnou vazbu; - A celková plocha konstrukcí ohraničující vytápěný objem budovy v m 2 ; - ΔU tbm je průměrný vliv tepelných vazeb na hranici budovy či její části ve W/(m 2.K). ΔU tbm se obvykle odhaduje na základě kvality navržených detailů. Běžné tepelné vazby Mírné tepelné vazby Důsledně optimalizované tepelné vazby ΔU tbm = 0,1 W/(m 2.K) ΔU tbm = 0,05 W/(m 2.K) ΔU tbm = 0,02 W/(m 2.K) Činitel teplotní redukce b se stanoví z tabulkových hodnot v ČSN 73 0540-3 26

Tab. 3: Činitel teplotní redukce b dle ČSN 73 0540-3 Činitel teplotní redukce Typ konstrukce Vnitřní prostředí Vytápěné Částečně vytápěné Konstrukce k venkovnímu prostředí Výplně otvorů (okna, dveře, apod.) 1,0 0,71 Střechy; Stropy nad venkovním prostředím 1,0 0,71 Stěny vnější; Lehké obvodové pláště Konstrukce přilehlé k nevytápěnému prostoru neizolované, netěsné 0,83 0,54 Půda, podstřešní prostor při střeše neizolované, těsněné 0,74 0,46 izolované, těsněné 0,57 0,29 zcela pod terénem 0,43 0,14 Suterén nebo technické podlaží zčásti nad terénem 0,49 0,20 odvětrávané 0,57 0,29 Prostor nad terénem převážně k venkovnímu prostředí (např. přilehlá garáž, zimní zahrada, schodiště vysunuté mimo 0,49 0,20 vytápěnou zónu, aj.) -výplně otvorů ze zóny do tohoto prostoru (okna, dveře, apod.) 0,49 0,20 Převážně prosklená přístavba (např. zimní zahrada) 0,71 0,43 -výplně otvorů ze zóny do této přístavby (okna, dveře, apod.) 0,71 0,43 Přístavba odvětrávaná do venkovního prostředí 0,91 0,63 Odvětrávaná vzduchová vrstva konstrukce -výplně otvorů ze zóny do této přístavby (okna, dveře, apod) 0,91 0,63 Konstrukce přilehlé k zemině do 1 m včetně 0,66 0,52 Ve vzdálenosti od venkovního povrchu od 1 m do 2 m včetně 0,57 0,40 terénu o konstrukce od 2 m do 3 m včetně 0,49 0,28 nad 3 m 0,43 0,20 27

Zdroj: Vlastní Požadavky na průměrný součinitel prostupu tepla (ČSN 730540-2) - Vyjadřují vliv samotného stavebního řešení na úsporu energie na vytápění. - Nezohledňují tedy žádné nejisté faktory (chování uživatelů, vliv klimatických podmínek). - Musí být splněno U em U em,n o U em,n požadovaná hodnota průměrného součinitele prostupu tepla, ve W/(m 2.K) Tab. 4: Požadované hodnoty průměrného součinitele prostupu tepla pro budovy s převažující návrhovou vnitřní teplotou 18 22 C Zdroj: Vlastní Faktor tvaru budovy A/V [m 2 /m 3 ] je poměr mezi plochou obalových konstrukcí A a obestavěným prostorem budovy V. Výpočet dle Tab. 4 je: Metoda referenční budovy 28

Referenční budova Virtuální budova stejných rozměrů a stejného prostorového uspořádání jako hodnocená budova. Stejného účelu a umístění. Všechny plochy obálky mají normou požadované hodnoty. Pokud více jak 50 % teplosměnné plochy jsou průsvitné plochy, započte se jen 50 %. 3.2.4 Lineární a bodový činitel prostupu tepla Lineární činitel prostupu tepla charakterizuje tepelně technické vlastnosti dvourozměrných tepelných mostů a vazeb. Vyjadřuje množství tepla ve W, které prochází při jednotkovém teplotním rozdílu jednotkovou délkou tepelného mostu. U stavebních konstrukcí ovlivňuje kvalitu vnitřního mikroklimatu v budovách a má tedy i vliv na uživatelský komfort stavebního objektu. Požadavky uvádí ČSN 730540-2 ψ k ψ k,n [W/(m K)] ψ k je lineární činitel prostupu tepla tepelné vazby mezi konstrukcemi. ψ k,n je normou požadovaná hodnota. Požadovaná hodnota ψ k,n závisí na převažující návrhové vnitřní teplotě θ im. Pro tepelné vazby v běžných objektech s převažující návrhovou vnitřní teplotou od 18 do 22 C včetně se používají tabulkové hodnoty, mimo toto rozmezí se používá vztah:,,, 700., W/ m.k ψ k,n,20 základní hodnota lineárního činitele prostupu tepla z tab. 29

θ im θ e převažující návrhová vnitřní teplota. návrhová teplota venkovního vzduchu v zimním období. Tab. 5: Požadované a doporučené hodnoty lineárního činitele prostupu tepla tepelných vazeb mezi konstrukcemi Lineární činitel prostupu tepla [W/(m K)] Typ lineární tepelné vazby Požadované hodnoty Ψ N Doporučené hodnoty Ψ rec Doporučené hodnoty pro pasivní budovy Ψ pas Vnější stěna navazující na další konstrukci s výjimkou výplně otvoru, např. na základ, strop nad nevytápěným prostorem, jinou vnější stěnu, střechu, lodžii či balkon, markýzu či arkýř, vnitřní stěnu a strop (při vnitřní izolaci), aj. Vnější stěna navazující na výplň otvoru, např. na okno, dveře, vrata a část prosklené stěny v parapetu, bočním ostění a v nadpraží Střecha navazující na výplň otvoru, např. střešní okno, světlík, poklop výlezu Zdroj: Vlastní 0,2 0,10 0,05 0,1 0,03 0,01 0,3 0,10 0,02 Tepelný most/vazba je část obálky budovy, kde se výrazně změní tepelný tok. V těchto místech je zvýšená měrná tepelná ztráta. 30

Obr. 3: Tepelný tok (analogie jako vodní tok) Zdroj: Vlastní Zeď si lze představit jako různě porézní materiál, přes který teče různě rychle voda (neizolovaná zeď=molitan, lépe izolovaná zeď=plynosilikát, atd...). Pokud je zeď rovná, teče teplo (voda) rovně = jednorozměrné vedení tepla, teplo teče z vyšší úrovně (teplejšího prostředí) do nižší (chladnějšího). Tepelný tok nevzniká mezi prostory, kde je stejná teplota (vytápěná zóna). Pokud je zakřivení konstrukce, dochází i k zakřivení tepelného toku = dvourozměrné, příp. trojrozměrné vedení tepla. Tepelný tok je množství energie, které vtéká do konstrukce musí odtud také vytéci. Tepelná propustnost konstrukce L = U. A [W/K] kde U je součinitel prostupu tepla ve [W/(m 2.K)], A je plocha konstrukce v [m 2 ].! Ale platí jen pro jednorozměrné vedení tepla 1D! 31

Obr. 4: Vícerozměrné vedení tepla Zdroj: Vlastní V místě, kde se stýkají dvě konstrukce (např. stěna a střecha, stěna a balkónová deska, atp.), dochází k dvourozměrnému (2D) vedení tepla v důsledku deformace teplotního pole. V místě, kde se stýkají tři plošné konstrukce (např. dvě stěny a střecha v koutě místnosti pod střechou), dochází dokonce k trojrozměrnému (3D) vedení tepla. Deformace teplotního pole znamená vždy změnu tepelné propustnosti (proto tato místa označujeme jako tepelné mosty). Hodnoty lineárních činitelů prostupu tepla pro typická konstrukční řešení je možno získat z různých katalogů. Vliv 3D tepelných mostů lze většinou zanedbat. Pokud se ale vyskytují významné 3D tepelné mosty, měly by pro ně být vypočítány odpovídající tepelné propustnosti L3D. Při sestavování nerozděleného modelu je potřeba věnovat zvýšenou pozornost soustavě rozměrů (vnější, vnitřní, celkové vnitřní), kterou používáme pro výpočet ploch! Zvolené soustavy rozměrů se musíme držet během celého výpočtu. Hodnota lineárního činitele prostupu tepla jednoho detailu se může lišit v závislosti na zvolené soustavě rozměrů. 32

Obecně se doporučuje používat vnější rozměry. Konstrukční tepelný most Vzniká, kde materiály s vyšší tepelnou vodivostí procházejí tepelnou izolací nebo do ní vstupují, přerušení nebo oslabení izolace (balkónové konzoly, paty zdí, základy, upevňovací systémy v tepelně izolačním systému, dřevěný sloupek v lehké konstrukcí,...). Obr. 5: Konstrukční tepelný most Zdroj: Vlastní Klasické konzole balkónu je možno se kompletně vyhnout použitím samonosné konstrukce. Pak zůstávají jako prostup pouze dva upevňovací body pro vynesení horizontálních sil. 33

Geometrické TM tepelné vazby Vznikají vždy tam, kde izolační rovina mění směr nebo se mění její tloušťka (rohy vnějších stěn, sokly, žlaby, hřeben, čelo štítu, ostění oken, ). Budou-li tepelné ztráty průnikem počítány z ploch z vnějších rozměrů, vyjde činitel prostupu tepla s negativním znaménkem (budou-li dodržena pravidla navrhování bez TM). Znamená to snížení tepelných ztrát prostupem. Obr. 6: Geometrický tepelný most Zdroj: Vlastní 34

Obr. 7: Stavební škody v důsledku TM, termovizní snímkování Zdroj: Vlastní Růst plísně v rohu stávající místnosti v místě zřetelného tepelného mostu. Termografický snímek / diagnostika tepelných mostů. Na snímku výrazně chladnější oslabené místo v rohu. Přímé dopady TM: - Změna tepelného toku s obecně vyššími tepelnými ztrátami. - Snížená povrchová teplota v prostoru tepelného mostu v porovnání s jinými rovnými vnějšími povrchy. Tím nastává vlivem TM: - Vyšší tepelná ztráta, vyšší potřeba tepla na vytápění, vyšší měrná spotřeba dodané energie. - Snížení komfortu nízkými teplotami vnitřních povrchů. 35

- Riziko tvorby kondenzátu a plísní na povrchu vnitřních ploch. - Zvýšené usazování prachu vyšší vlhkostí vzduchu a konstrukcí v oblasti TM. 3.3 Hodnocení podlahových konstrukcí Hodnocení podlahy z hlediska odnímatelnosti tepla, to znamená z hlediska kontaktního ochlazovacího účinku na lidský organismus. Δθ 10 [ C] Tepelná jímavost podlahy se určuje: - v zimním období, za předpokladu neustáleného teplotního stavu; - počáteční teplota povrchu nohy θ k = 33 C; - doba kontaktu nohy s podlahovou konstrukcí t = 600 sekund. 2 základní stádia: - počáteční: po krátké počáteční prodlevě dochází k poklesu kontaktní teploty nohy; - reakce: začíná se uplatňovat termoregulační systém lidského těla, dochází k přísunu tepla z těla ke kontaktní ploše. 36

Podle schopnosti podlahy odnímat teplo dochází: - k poklesu (pozvolnějšímu) kontaktní teploty (studené podlahy); - k nárůstu kontaktní teploty (teplé podlahy). Graf 1: Charakteristický průběh kontaktní teploty pro některé typy nášlapných podlahových vrstev Zdroj: Vlastní Výpočet poklesu dotykové teploty - Výpočtový postup dle ČSN 730540-4. - Hodnota poklesu dotykové teploty podlahové konstrukce Δθ 10 se stanoví na základě vnitřní povrchové teploty θ si a tepelné jímavosti podlahové konstrukce B, která je rovna tepelné jímavosti horního povrchu nášlapné vrstvy podlahy. - Tepelná jímavost horního povrchu se stanoví postupným výpočtem tepelných jímavostí horního povrchu jednotlivých vrstev podlahové konstrukce, od vrstvy nejníže položené k nejvýše položené vrstvě podlahy. 37

Za nejnižší vrstvu podlahy se považuje: - vrstva nad hydroizolací (podlaha na terénu); - nosná vrstva stropní konstrukce. Výpočet obvykle pomocí výpočetní techniky (program TEPLO). Požadavky uvádí ČSN 730540-2: - pokles dotykové teploty hodnocené podlahové konstrukce musí být menší nebo roven normové hodnotě poklesu pro danou kategorii podlahy; - Δθ 10 Δθ 10,N. Tab. 6: Kategorie podlah z hlediska poklesu dotykové teploty podlahy Δθ 10,N Kategorie podlahy Pokles dotykové teploty podlahy Δθ 10,N [ C] I. Velmi teplé do 3,8 včetně II. Teplé do 5,5 včetně III. Méně teplé do 6,9 včetně IV. Studené od 6,9 Zdroj: Vlastní 38

Tab. 7: Kategorie podlah požadované a doporučené hodnoty Druh budovy Účel místnosti Kategorie podlahy Požadované Doporučené Obytná budova Občanská budova Výrobní budova dětský pokoj, ložnice I. obývací pokoj, pracovna, předsíň sousedící s pokoji, kuchyň II. I. koupelna, WC III. II. Předsíň před vstupem do bytu IV. III. učebna, kabinet II. tělocvična II. dětská místnost jeslí a školky I. operační sál, předsálí, ordinace, přípravna, vyšetřovna, služební místnost II. chodba a předsíň nemocnice III. II. pokoj dospělých nemocných II. I. pokoj nemocných dětí I. pokoj intenzivní péče II. I. kancelář II. hotelový pokoj II. pokoj v ubytovně III. II. sál kina, divadla II. místa pro hosty v restauraci III. II. prodejna potravin III. trvalé pracovní místo při sedavé práci II. trvalé pracovní místo bez podlážky nebo předepsané teplé obuvi III. II. sklad se stálou obsluhou IV. III. Zdroj: Vlastní Pokles dotykové teploty se nemusí ověřovat u podlah: - s trvalou nášlapnou celoplošnou vrstvou z textilní podlahoviny; - s povrchovou teplotou trvale vyšší než 26 C. 39

Pro podlahy s podlahovým vytápěním se pokles dotykové teploty podlahy stanovuje a ověřuje pro vnitřní povrchovou teplotu podlahy stanovenou bez vlivu vytápění, při návrhové teplotě přilehlého prostředí odpovídající návrhové teplotě venkovního vzduchu na začátku nebo na konci topného období (θ e = 13 C). 3.4 Šíření vlhkosti Prostup vodní páry a přenos vlhkosti stavebními konstrukcemi - Výskyt vlhkosti vyvolává poruchy, ovlivňuje životnost konstrukce a hygienické podmínky. - Všechny stavební konstrukce obsahují vlhkost. Zdroje vlhkosti ve stavebních konstrukcích: - technologická: při realizaci stavby mokrými procesy; - zemní: ze zeminy, obklopující části konstrukcí, které jsou s ní v dotyku; - srážková: déšť, sníh, námraza; - sorpční: přijímají materiály z ovzduší v důsledku hygroskopických vlastností, záleží na kolísání relativní vlhkosti; - zkondenzovaná voda: sráží se na povrchu nebo uvnitř konstrukcí z vodní páry obsažené ve vzduchu a z vodní páry prostupující konstrukcemi obvodových plášťů; - provozní: kde probíhají mokré procesy (praní, vaření, lázně, umývárny, ), proti provozní vlhkosti chrání konstrukce kvalitně provedené vodotěsné povrchové úpravy stěn a vodotěsné izolace podlah. 40

Vlhkost vzduchu Vzduch, který nás obklopuje je směs suchého vzduchu a vodní páry. - Částečný tlak se podle Daltonova zákona skládá z částečných tlaků suchého vzduchu částečného tlaku vodní páry [Pa]. - Absolutní vlhkost vyjadřuje množství vodní páry ve vzduchu [g/m 3 ]. - Relativní vlhkost vyjadřuje stupeň nasycení vzduchu vodní parou [%]. - Teplota rosného bodu je to teplota, při níž je vzduch bez kondenzace při ochlazování vodní parou právě nasycen. Způsoby přenosu vlhkosti ve stavebních konstrukcích - sorpcí vlhkosti (adsorpce vodní páry, absorpce, chemisorpce); - difúze vodní páry; - vodivost vlhkosti. Difúze a kondenzace vodní páry - Za předpokladu, že konstrukce odděluje dvě prostředí s rozdílnými částečnými tlaky vodní páry. - V důsledku takto vzniklého gradientu částečných tlaků vodních par dochází v makrokapilárách stavebních materiálů, jejichž rozměr je větší než střední volná dráha molekul vody (2,78.10-10 = 27,8 nm), k pohybu vlhkosti podle zákonů difúze od místa s vyšším parciálním tlakem vodní páry k místu s tlakem nižším. - Analogie s vedením tepla. Pro ustálený difúzní tok a jednorozměrné difúzní pole lze hustotu difúzního toku vodní páry vyjádřit vztahem: g = - δ p grad p v 41

g δ p p v hustota difúzního toku vodní páry [kg/m 2.s]. součinitel difúze vodní páry [s]. částečný tlak vodní páry [Pa]. Základní veličiny součinitel difúze vodní páry δ p (někdy nazýván součinitel difúzní vodivosti) Charakterizuje difúzní schopnost materiálu, z předchozího vztahu plyne, že tento součinitel je konstantou úměrnosti mezi hustotou difúzního toku a gradientem částečného tlaku vodní páry. faktor difúzního odporu μ (v současné době více používán) Bezrozměrná veličina udávající, kolikrát je příslušný materiál pro vodní páru méně propustný než vzduch. μ = δ VZD / δ p = 1 / δ. N δ VZD součinitel difúze vodní páry vzduchu [s]. N teplotně difúzní funkce, pro běžné výpočty se užívá konstantní hodnoty N=5,312.10 9 [s -1 ] 42

Tab. 8: Vlastnosti vybraných materiálů Materiál λ [W/m.K] μ beton hutný 1,3 20 železobeton 1,58 29 pórobeton 0,2 7 CPP 0,86 9 omítka vápenná 0,88 6 omítka vápenocementová 0,99 19 pěnový polystyren 0,04 35 minerální vlna 0,042 2 dřevo měkké, tok kolmo k vláknům 0,18 157 dřeno měkké, tok rovnoběžně s vlákny 0,41 157 železo 58 1000000 keramická dlažba 1,01 200 PVC 0,16 17000 vlysy 0,18 157 koberec 0,065 6 sádrokarton 0,22 9 Zdroj: Vlastní 43

ekvivalentní difúzní tloušťka vrstvy s d Udává, jaká by musela být tloušťka vzduchové vrstvy, aby měla stejný difúzní odpor jako vrstva zkoumaného materiálu. Používá se především pro rychlé porovnání difúzních kvalit nátěrových a fóliových materiálů. s d = μ. d [m] difúzní odpor konstrukce Z p - analogicky k tepelnému odporu. Z p = d / δ [m/s] d je tloušťka konstrukce, nebo lze použít vztah: Z p = μ. d. N Z p = s d. N [m/s] [m/s] odpor při prostupu vodní páry Z pt - analogicky k veličině odpor při prostupu tepla R T. Z pt = Z pi + Z p + Z pe = 1/h pi + Z p + 1/ h pe [m/s] Z pi Z pe h pi h pe odpor při přestupu vodní páry na vnitřní straně konstrukce [m/s]. odpor při přestupu vodní páry na vnější straně konstrukce [m/s]. součinitel přestupu vodní páry na vnitřní straně konstrukce [s/m]. součinitel přestupu vodní páry na vnější straně konstrukce [s/m]. Hodnoty odporů při přestupu vodní páry na vnější a vnitřní straně jsou obvykle v porovnání s ostatními difúzními odpory vstupujícími do výpočtu tak malé, že se zanedbávají, což vede ke zjednodušení výpočtových postupů. 44

Zjištění výskytu kondenzace vodní páry uvnitř konstrukce Metodika zjištění výskytu kondenzace vodní páry uvnitř stavebních konstrukcí vychází z porovnání hodnot částečných (parciálních) tlaků vodní páry skutečného částečného tlaku vodní páry a částečného tlaku nasycené vodní páry v konstrukci. Skutečný částečný tlak vodní páry p v = p v,sat. φ a / 100 [Pa] p v,sat částečný tlak nasycené vodní páry ve vzduchu [Pa], zjištěný obvykle z tabulek. φ a relativní vlhkost vzduchu [%]. Částečný tlak nasycené vodní páry p v,sat je tlak, při němž je vzduch (při dané teplotě) vodní parou absolutně nasycen, to znamená, že hodnota relativní vlhkosti vzduchu je v daném případě φ a = 100 %. Zjištění výskytu kondenzace vodní páry v konstrukci se provádí pro okrajové podmínky, odpovídající největšímu rozdílu parciálních tlaků vodní páry ve vnitřním a vnějším prostředí, což odpovídá současně i největšímu rozdílu teplot, výpočet se provádí tedy pro podmínky zimního období. Ke kondenzaci vodní páry dochází, dosáhne-li skutečný částečný tlak vodní páry v libovolném průřezu konstrukce alespoň hodnoty tlaku nasyceného: p v p v,sat [Pa] - graficko početní metodou; - výpočetní technika. Postupné kroky: - Určení průběhu teplot v konstrukci. - Určení průběhu skutečných částečných tlaků vodní páry v konstrukci. - Určení průběhu částečných tlaků nasycené vodní páry v konstrukci. 45

- Vymezení kondenzační zóny. - Určení zkondenzovaného množství vodní páry. Poslední dva kroky se provádějí pouze v případě, že v konstrukci dochází ke kondenzaci. S ohledem na vzájemný vztah mezi čarou skutečných částečných tlaků vodní páry p v a křivkou částečných tlaků nasycené vodní páry p v,sat lze identifikovat 3 základní situace: Křivky se neprotínají, v celém rozsahu platí p v p v,sat, v konstrukci vodní pára nekondenzuje, viz graf 2. Graf 2 Zdroj: Vlastní Přímka, znázorňující průběh skutečných částečných tlaků vodní páry je tečnou křivky částečných tlaků nasycené vodní páry, dochází ke kondenzaci v rovině, viz graf 3. 46

Graf 3 Zdroj: Vlastní Čára skutečných částečných tlaků vodní páry protíná křivku částečných tlaků nasycené vodní páry. Dochází ke kondenzaci v naznačené oblasti konstrukce, viz graf 4. Graf 4 47

Zdroj: Vlastní Graf 5 Určení kondenzační zóny a stanovení zkondenzovaného množství vodní páry (graf 5): Zdroj: Vlastní - Z bodů p i a p e se vedou tečny ke křivce částečných tlaků nasycené vodní páry p v,sat. - Dotykové body těchto tečen se označí A (levý dotykový bod) a B (pravý dotykový bod). - Vodorovná osa grafu, na níž je konstrukce vynesena v měřítku difúzních odporů jednotlivých vrstev je těmito dotykovými body rozdělena na 3 části. - Z pa, což je difúzní odpor od vnitřního povrchu konstrukce k dotykovému bodu A. - Oblast kondenzace mezi dotykovými body A a B. - Z pb, což je difúzní odpor od dotykového bodu B k vnějšímu povrchu konstrukce. - Vertikální pořadnice dotykových bodů A a B označíme p v,sat,a a p v,sat,b jedná se o hodnoty částečného tlaku nasycené vodní páry v těchto bodech. 48

Označíme-li hustotu toku vodní páry, který vstupuje z interiéru do konstrukce jako g A = (p i - p v,sat,a ) / Z pa a hustotu toku vodní páry, který prostupuje od bodu B k vnějšímu povrchu konstrukce jako g B = (p v,sat,b p e )/ Z pb pak množství vodní páry, které ve formě kondenzátu zůstává v konstrukci je Δg = g A g B [kg/(m 2 s)]. Pokud v konstrukci nedochází ke kondenzaci vodní páry, lze vyčíslit množství vodní páry, které konstrukcí difunduje g = (p i p e ) / Z p [kg/(m 2 s)]. Množství vodní páry, které vstupuje do konstrukce nebo jí difunduje, je nepřímo úměrné hodnotě difúzního odporu konstrukce. Konstrukcemi s vysokým difúzním odporem tedy prochází malé množství vodní páry, zatímco u konstrukcí s nízkou hodnotou difúzního odporu je difundující množství vodní páry vysoké (analogicky pro tepelný odpor a prostupující množství tepla). Graf 6: Návrh parozábrany, která bude umístěna na vnitřním líci konstrukce 49

Difúze vodní páry spárami a otvory V praxi se vyskytuje řada konstrukcí, které jsou buď zcela, nebo téměř nepropustné pro difundující vodní páru. Jedná se o konstrukce ze zcela paronepropustných materiálů (horní plášť dvouplášťové střechy z tvarovaných plechových prvků), nebo některá z vrstev konstrukce je zcela nebo omezeně paronepropustná (mechanicky kotvená parotěsná fólie ve skladbě lehkého obvodového pláště). V tomto není možno uvažovat příslušnou konstrukci jako bezespárou plošnou vrstvu, ale je třeba do výpočtu zahrnout vliv difúze vodní páry sparami, případně otvory. Roční bilance kondenzace a vypařování vodní páry Metodika dle ČSN 730540 předpokládá dvě modifikace výpočtu: Výpočet bez vlivu slunečního záření (pro dvouplášťové stavební konstrukce, konstrukce je po celou dobu životnosti chráněna před slunečním zářením). Výpočet s vlivem slunečního záření (příznivý vliv sluneční radiace, kdy při oslunění v důsledku zvýšení teploty osluněné konstrukce dochází k snížení intenzity kondenzace, lze využít pro stavební konstrukce, které nejsou a nebudou po dobu jejich životnosti zastíněny či jiným způsobem chráněny před působením slunečního záření u jednoplášťových plochých střešních konstrukcí). Výpočet bilance vychází z množství zkondenzované, případně vypařené vlhkosti pro řadu vnějších teplot od výpočtové teploty vnějšího vzduchu až po teplotu + 25 C. Příslušné dílčí hodnoty pro každou tuto teplotu se získají přenásobením hodnoty zkondenzovaného (vypařeného) množství vodní páry četností výskytu příslušné teploty v průběhu ročního cyklu. Zkondenzované množství: kladné znaménko. 50

Vypařené množství: záporné znaménko. Roční zkondenzované množství M c,a je suma kladných dílčích hodnot. Roční vypařené množství M ev,a je suma záporných dílčích hodnot. Graf 7: Křivka roční bilance vlhkosti Zdroj: Vlastní Výsledná roční bilance Aktivní (kladná) veškerá vlhkost zkondenzovaná v průběhu ročního cyklu se během téhož cyklu vypaří. M c,a M ev,a [kg/(m 2.a)] Pasivní (záporná) vlhkost není schopna se v průběhu ročního cyklu v plném rozsahu vypařit a dochází k jejímu dlouhodobému hromadění uvnitř konstrukce. 51

M c,a > M ev,a [kg/(m 2.a)] Při výpočtu s uvažováním vlivu slunečního záření se řada vnějších teplot, pro něž je bilance vyčíslována, doplní o ekvivalentní teplotu vnějšího vzduchu, která transformuje vliv slunečního záření formou zvýšení teploty vnějšího vzduchu. Četnost trvání teplot je pak rozčleněna na období se zataženou a jasnou oblohou. Normové požadavky: Bezpečnostní přirážka Δφ i = 5 % Běžně tedy φ i + Δφ i = 55 % Norma ČSN 73 0540 doporučuje navrhovat stavební konstrukce tak, aby v nich nedocházelo ke kondenzaci vodní páry. Pokud dochází: o Kondenzace vodní páry nesmí ohrozit funkci konstrukce. o Roční bilance kondenzace a vypařování musí být aktivní. o Ročně zkondenzované množství vodní páry nesmí přesáhnout normativní limit, který činí: o Pro sendvičové konstrukce 0,1 kg/m 2, zároveň však max. 3 % hmotnosti pro konstrukce o objemové hmotnosti nad 100 kg/m 3 a nebo max. 6 % hmotnosti pro konstrukce o objemové hmotnosti do 100 kg/m 3. o Pro jednovrstvé konstrukce 0,5 kg/m 2, zároveň však max. 5 % hmotnosti pro konstrukce o objemové hmotnosti nad 100 kg/m 3 a nebo max. 10 % hmotnosti pro konstrukce o objemové hmotnosti do 100 kg/m 3. o Zároveň pokud je v konstrukci dřevo nebo materiály na bázi dřeva, nesmí jeho vlhkost překročit 18 %. Zásady pro navrhování stavebních konstrukcí z hlediska difúze a kondenzace vodní páry o Správné řazení jednotlivých vrstev z hlediska difúzního odporu (optimální aby klesal od vnitřního k vnějšímu povrchu). 52

o V případě, že je potřeba navrhnout skladbu konstrukce, na jejímž líci je vrstva s velmi vysokým difúzním odporem (sklo, plech, apod.): o před vnější parotěsnou vrstvu vřadit odvětrávanou vzduchovou vrstvu a konstrukci řešit jako dvouplášťovou; o také na vnitřní líc konstrukce navrhnout vrstvu se stejným nebo vyšším difúzním odporem, než je na líci vnějším (zajistit aby materiály uvnitř skladby měly v době zabudování minimální vlhkostní obsah, jsou parotěsně uzavřeny). 3.5 Šíření vzduchu konstrukcí a budovou 3.5.1 Průvzdušnost V doporučeních pro nízkoenergetické domy i v doporučeních a předpisech pro hodnocení energetické náročnosti budov obecně v některých zemích nalezneme požadavek relativní vzduchotěsnosti (nízké průvzdušnosti) budovy. Požadavek je velmi přísný u domů s deklarovanou extrémně nízkou potřebou tepla na vytápění, o něco méně přísný u budov obvyklých s přirozeným větráním. V několika zemích se tento požadavek považuje za naprosto zásadní, je uváděn v projektové dokumentaci, bývá měřen jako součást kontroly kvality a jeho plnění je součástí smluvních vztahů. Měřící zařízení vlastní kromě zkušeben a výzkumných pracovišť také inženýrské kanceláře i stavební firmy. Jedná se o země, kde je tradičně větší podíl dřevostaveb a dále země, které jsou nejvíce pokročilé v prosazování nízkoenergetické výstavby. V řadě jiných zemí se tento jev za tak významný nepovažuje. Celková průvzdušnost obálky budovy nebo její ucelené části se ověřuje pomocí celkové intenzity výměny vzduchu n 50 při tlakovém rozdílu 50 Pa (h -1 ), stanovené experimentálně podle ČSN EN 13829. Doporučuje se splnění podmínky: n 50 < n 50,N kde n 50,N je doporučená hodnota celkové intenzity výměny vzduchu při tlakovém rozdílu 50 Pa (h -1 ), která se stanovuje dle tabulky 9. 53

Tab. 9: Doporučené hodnoty celkové intenzity výměny vzduchu n 50,N Doporučená hodnota celkové intenzity výměny Větrání v budově vzduchu n 50,N [h - ¹] Úroveň I Úroveň II Přirozené nebo kombinované 4,5 3,0 Nucené 1,5 1,2 Nucené se zpětným získáním tepla 1,0 0,8 Nucené se zpětným získáním tepla v budovách se zvláště nízkou spotřebou tepla na vytápění pasivní domy) 0,6 0,4 Zdroj: Vlastní Hodnoty na úrovni I se doporučuje splnit vždy, hodnoty na úrovni II se doporučuje splnit přednostně. Jako projektový předpoklad se pro výpočet energetické náročnosti budovy použijí doporučené hodnoty na úrovni I dle tabulky 9, pokud nebyly hodnoty zjištěny měřením, například při dodatečném vyhodnocení realizované budovy nebo při přípravě energetické obnovy budovy. Další informace pro hodnocení stávajících budov jsou uvedeny v TNI 730329 a v TNI 730330. Doporučuje se dosahovat co nejnižších hodnot celkové intenzity výměny vzduchu n 50, mimo jiné vzhledem ke zvýšenému riziku poškození konstrukce, souvisejícímu s intenzivním šířením tepla a vodní páry prouděním v netěsné konstrukci. Ani splnění doporučených hodnot podle tabulky 9 pro obálku budovy nemusí vždy zajistit vyloučení lokální nepříznivé situace. 54

Doporučuje se, aby průvzdušnost místností, kde se použije nucené větrání nebo klimatizace, byla velmi malá. Hodnotí se pomocí výpočtem stanovené intenzity přirozené výměny vzduchu bez započtení funkce větracího nebo klimatizačního zařízení n (h -1 ) pro návrhové podmínky v zimním období. Doporučuje se, aby takto stanovená intenzita přirozené výměny vzduchu splňovala požadavek: n < 0,05 h -1 pokud zvláštní předpisy a provozní podmínky nepožadují hodnoty vyšší. 3.5.2 Větrání Intenzita větrání neužívané místnosti. V době, kdy místnost není užívaná, se doporučuje zajistit alespoň minimální větrání, obvykle na úrovni n min,n = 0,1 h -1 (tj. každou hodinu se nahradí jedna desetina objemu vzduchu místnosti vzduchem čerstvým), pokud nějaké konkrétní požadavky nestanoví jinak. Takové doporučení zajišťuje omezení nárůstu koncentrací škodlivin ve vnitřním prostředí v době, kdy není místnost užívána. Doporučená nejnižší intenzita větrání se přesněji stanovuje bilančním výpočtem pro zimní návrhové podmínky. Do bilance se zahrnou všechny zdroje škodlivin působících v místnosti, pokud není užívána. Do větrání se zahrnou všechny prvky, které zajišťují větrání místnosti za této situace. Intenzita větrání užívané místnosti. V době, kdy je místnost užívána, musí (celoročně) intenzita větrání místnosti n (h -1 ) splňovat požadavek: n n N kde n N je požadovaná intenzita větrání užívané místnosti, stanovená z potřebných minimálních průtoků čerstvého vzduchu stanovených ve zvláštních předpisech. 55

Současně musí intenzita větrání místnosti v otopném období splňovat požadavek: n < 1,5 n N Požadované hodnoty n N se stanovují bilančním výpočtem, kam se zahrnou všechny požadavky na průtok nebo dodávku čerstvého vzduchu. Požadované hodnoty je třeba zajistit v provozní době co nejblíže podle skutečného provozního stavu. Pro pobytové místnosti se zpravidla požaduje zajistit nejméně 15 m 3 /h čerstvého vzduchu na osobu při klidové aktivitě s produkcí metabolického tepla do 80 W/m 2 a při aktivitě s produkcí metabolického tepla nad 80 W/m 2 až nejméně 25 m 3 /h na osobu. V učebnách se zpravidla požaduje dávka vzduchu 20-30 m 3 /h na žáka. Konkrétní závazné údaje je třeba hledat ve specializovaných předpisech. Výměna vzduchu v hygienických zařízeních se zpravidla uvádí v m 3 /h vztažených na jednotku zařízení (na sprchu, šatní místo, apod.). Mimo otopné období může být vhodné intenzitu větrání zvýšit. Pro obytné a obdobné budovy je požadována intenzita větrání, přepočítaná z minimálních dávek potřebného čerstvého vzduchu, obvykle mezi hodnotami n N = 0,3-0,6 h -1. Přirozený přívod a odvod vzduchu spárami otevíracích prvků v plášti budovy nezajišťuje větrání místností. Do větrání místnosti se zahrnou všechny prvky, které zajišťují větrání v přítomnosti uživatele. Pokud je místnost užívána v prokazatelném pravidelně proměnném režimu (např. kuchyně, učebny základních škol), je možné podmínky posuzovat s uvážením proměnlivých požadavků na větrání v čase (v denním nebo týdenním cyklu). Pro hodnocení potřeby energie na vytápění, například při dimenzování zdrojů či v energetických auditech, se celková intenzita větrání v budově nebo její ucelené části stanoví jako vážený průměr podle vzduchových objemů jednotlivých místností. Přitom je možné přiměřeně uvažovat nesoučasnost obsazení místností, pokud není jiným předpisem stanoveno odlišně. 56

Zpětné získávání tepla při nuceném větrání Pokud je u novostaveb z hygienických a provozních důvodů celková intenzita větrání v budově větší než n = 1 h -1 po dobu nejméně 8 hodin denně, doporučuje se osazení účinného zařízení ke zpětnému získávání tepla z odpadního vzduchu. Taková zařízení jsou pochopitelně navrhována v nízkoenergetických budovách i při nižších požadavcích na větrání. 3.6 Hodnocení tepelné stability místností a budov 3.6.1 Zimní období Tepelná stabilita místnosti v zimním období zkoumá chování v zimním období, v době přerušení vytápění místnosti (otopná přestávka, havárie, ). Konstantní teplota vnějšího vzduchu, proměnná teplota vnitřního vzduchu. Výpočet vychází z energetické bilance prostoru. Tepelné ztráty místnosti prostupem a infiltrací. Tepelné zisky z chladnoucích konstrukcí, případně zisky z dalších vnitřních zdrojů tepla (technologická zařízení, chladnoucí otopná tělesa, ). Výpočtové posouzení se provádí pro kritickou místnost: místnost s nejvyšším průměrným součinitelem prostupu tepla konstrukcí místnosti; často je to rohová místnost pod střechou. Výhodou řešení zimní stability je získání časového průběhu chladnutí místnosti. Optimalizace délky otopné přestávky (při havárii, v případě skladování určitých produktů, ). 57

ČSN 730540-2, kritérium pro hodnocení pro hodnocení zimní tepelné stability se používá: pokles výsledné teploty v místnosti. Tab. 10: Požadované hodnoty poklesu výsledné teploty v místnosti v zimním období Druh místnosti (prostoru) Pokles výsledné teploty v místnosti v zimním období Δθ v,n (t) [ C] S pobytem lidí po přerušení vytápění: 3 při vytápění radiátory, sálavými panely a teplovzdušné; při vytápění kamny a podlahovým vytápěním; 4 Bez pobytu lidí po přerušení vytápění: při přerušení vytápění topnou přestávkou: 6 budova masivní; budova lehká; 8 při předepsané nejnižší výsledné teplotě θ v,min ; θ i - θ v,min při skladování potravin; θ i - 8 při nebezpečí zamrznutí vody. θ i - 1 Nádrž s vodou (teplota vody). θ i - 1 Zdroj: Vlastní Zásady pro navrhování Průsvitné konstrukce zlepšení tepelně izolačních vlastností (zasklení, rám, křídlo, osazení do konstrukce). Zlepšení tepelně izolačních vlastností obalových konstrukcí. Zlepšení tepelně izolačních vlastností vnitřních ochlazovaných konstrukcí. Zvýšení akumulační schopnosti vnitřních vrstev obalových konstrukcí (vrstvy s vysokou objemovou hmotností na vnitřní líc konstrukce). Akumulační prvky uvnitř budovy (stropní konstrukce, vnitřní dělící konstrukce jako masivní konstrukce se zvýšenou akumulační schopností). Vytvoření akumulačních jader uvnitř objektu. 58

3.6.2 Letní období Tepelná stabilita místnosti v letním období zkoumá chování (nárůst teploty vnitřního vzduchu) osluněného vnitřního prostoru v letním období. Stále aktuálnější problém (nebezpečí přehřívání u prosklených ploch). Výpočtové posouzení se provádí pro kritickou místnost: prostor s předpokládanou nejvyšší tepelnou zátěží; místnost s největšími přímo osluněnými prosklenými plochami, orientovanými na Z, JZ, J, JV, V a to v poměru k podlahové ploše přilehlého prostoru. ČSN 730540-2 používá pro hodnocení nejvyšší denní teplotu vzduchu v místnosti. Tab. 11: Požadované hodnoty nejvyšší denní teploty vzduchu v místnosti v letním období Nejvyšší denní teplota vzduchu Druh budovy v místnosti v letním období θ ai,max,n [ C] Nevýrobní 1) 27 Ostatní s vnitřním do 25 W/m 3 včetně 29,5 zdrojem tepla nad 25 W/m 3 31,5 1) U obytných budov je možné připustit překročení požadované hodnoty nejvíce o 2 C na souvislou dobu nejvíce 2 hodiny během normového dne, pokud s tím investor (stavebník, uživatel) souhlasí. Zdroj: Vlastní Budovy s klimatizací musí v případě výpadku klimatizačního zařízení splňovat podmínku max. vzestupu 12 C nebo nejvyšší teploty 32 C. Pro výpočet letní tepelné stability se užívá program SIMULACE. 59

Zásady pro navrhování Průsvitné konstrukce: plocha, orientace, clonění. o Protichůdné požadavky, minimalizace tepelných zisků v létě a získání co nejvíce solární energie v zimě. o Obvykle upřednostnění solárních zisků v zimě a pro léto navrhnout dostatečné clonění (žaluzie, rolety, markýzy, římsy, přesah střechy). o Návrh stínících prvků s ohledem na orientaci ke světovým stranám, na kvalitu denního osvětlení a využití solárních zisků v zimním období. Snížení tepelného toku neprůsvitnými obalovými konstrukcemi vhodnou barvou a strukturou vnějšího povrchu (světlé barvy). Dvouplášťové provětrávané konstrukce (vnější plášť = radiační clona, snižuje prostup energie do interiéru). Návrh obalových konstrukcí se zvýšenou akumulační schopností (vrstvy s vysokou objemovou hmotností na vnitřní líc konstrukce) kce). Akumulační prvky uvnitř budovy (stropní konstrukce, vnitřní dělící konstrukce jako masivní konstrukce se zvýšenou akumulační schopností). STUDIJNÍ MATERIÁLY Použitá literatura TYWONIAK, J., 2005. Nízkoenergetické domy: principy a příklady. In Stavitel. 1. vyd. Praha: Grada, 193 s. Stavitel. ISBN 80-247-1101-X. TYWONIAK, J., 2008. Nízkoenergetické domy 2: principy a příklady. In Stavitel. 1. vyd. Praha: Grada, 193 s. Stavitel. ISBN 978-80-247-2061-6. 60

TYWONIAK, J., 2012. Nízkoenergetické domy 3: nulové, pasivní a další.. In Stavitel. 1. vyd. Praha: Grada, 195 s. Stavitel. ISBN 978-80-247-3832-1. ČSN 730540-1. Tepelná ochrana budov - Část 1: Terminologie.. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2005. ČSN 730540-2. Tepelná ochrana budov - Část 2: Požadavky.. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2011. ČSN 730540-3. Tepelná ochrana budov Část 3: Návrhové hodnoty veličin.. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní tní zkušebnictví, 2005. ČSN 730540-4. Tepelná ochrana budov Část 3: Výpočtové metody.. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2005. OTÁZKY A ÚKOLY 1. Jak určíte tepelnou vodivost u nehomogenní konstrukce? 2. Odpor při přestupu tepla. 3. Naznačte průběh teploty v konstrukci. 4. Jak se hodnotí minimální povrchová teplota? 5. Co je teplotní faktor? 6. Co je tepelný most (vazba)? 7. Načrtněte obrázek s jednorozměrným vedením tepla a s dvourozměrným vedením tepla. 8. Může docházet v konstrukci ke kondenzaci vodní páry? A případně v jakých případech? 9. Zásady pro navrhování stavebních konstrukcí z hlediska difúze a kondenzace vodní páry? 10. Jaké jsou kategorie podlah? 11. Jak se hodnotí letní tepelná stabilita? 12. Jak se hodnotí zimní tepelná stabilita? 13. Co je referenční budova? 61

KLÍČ K ŘEŠENÍ OTÁZEK 1. Viz výklad. 2. Viz výklad. 3. Viz výklad. 4. Viz výklad. 5. Viz výklad. 6. Viz výklad. 7. Viz výklad. 8. Viz výklad. 9. Viz výklad. 10. Viz výklad. 11. Viz výklad. 12. Viz výklad. 13. Viz výklad. 62

Kapitola 4 - Progresivní materiály pro nízkoenergetické a pasivní budovy KLÍČOVÉ POJMY Materiál, konstrukce, nosná konstrukce, zdící materiál, tepelná izolace, dřevostavba CÍLE KAPITOLY Seznámení s možnými konstrukcemi pasivních budov. 6 hodin ČAS POTŘEBNÝ KE STUDIU U KAPITOLY VÝKLAD Každý materiál či konstrukce mají určité vlastnosti, které je při návrhu nutné respektovat. Neexistuje univerzální konstrukce či způsob stavění pasivních budov, pouze lze chytře využít specifických vlastností každého materiálu či konstrukce. Důležité je nemyslet v zaběhaných tradičních kolejích, ale vždy se pokusit přijít na optimální řešení, které ne vždy musí odpovídat obvyklým způsobům. 63

Při návrhu pasivního domu je nutné přemýšlet nad vhodným výběrem stavebního materiálu tak, aby splňoval všechny funkce, které od něj požadujeme, tedy nejen ty funkce, které vyžadujeme od použitého stavebního materiálu na všech stavbách, jako je nosnost, lehkost, tepelně izolační vlastnosti, nízká cena, snadná montáž, ale i mnoho dalších funkcí, jako např. akumulační schopnosti nebo naopak nízkou akumulaci (dle účelu budovy), nízkou úroveň svázaných emisí (LCA hodnocení, tzv. šedá energie). Přitom je třeba, aby stavba byla navržena jako vzduchotěsná po celou dobu životnosti stavby. Svislá nosná konstrukce: může být zděná z libovolného zdícího materiálu (cihly, vápenopískové cihly, betonové tvarovky pozor: u plynosilikátového zdiva je nutné dbát na bilanci kondenzace vodní páry a vnesenou vlhkost) nebo se může jednat o dřevostavbu různého systému (použití dřevěných I nosníků, systém two by four ). Vodorovná nosná konstrukce: měla by korespondovat se svislou nosnou konstrukcí, tedy u dřevostaveb půjde pravděpodobně opět o dřevěnou konstrukci, u zděných staveb o těžkou konstrukci. Pokud je navrhováno podkroví, může se opět jednat o těžkou konstrukci a nebo může jít o klasickou konstrukci (dřevostavba, kdy je nosným systémem dřevěný krov), přitom je vhodné navrhovat tepelnou izolaci jako nadkrokevní, případně částečně mezi krokvemi a nad nimi. U dřevěných I nosníků se obvykle umísťuje tepelná izolace mezi nosníky, u sbíjených dřevěných vazníků pak obvykle mezi a nad spodní pásnice vazníků. Způsoby založení stavby musí respektovat základové podmínky. Při zakládání na desce lze použít jako tepelnou izolaci násyp z pěnoskla. U dřevostavby, obzvláště pokud je navržena z I nosníků, lze použít i zakládání na patky. Podlaha přízemí může být umístěna nad terénem (mezi podlahou a terénem je provětrávaná vzduchová dutina), tím se zamezí vzlínání zemní vlhkosti, dojde k ochraně domu před stojící vodou, která může dosahovat až k spodnímu líci podlahy. Dojde také k dokonalému odstínění od radonu. Jako tepelnou izolaci lze použít jakýkoliv materiál s tepelně izolačními schopnostmi tak, aby jeho použití odpovídalo dané situaci. Obvykle se snažíme volit levné materiály s malou uhlíkovou stopou, jako je celulóza apod. Přípustné jsou však i všechny ostatní tepelné izolace od pěnového polystyrénu, přes minerální vlnu, šedý, perimetrický 64

či extrudovaný polystyrén, PUR pěnu, PIR desky, dřevovláknité desky, aerogel, vakuum v deskách, pěnové sklo, tepelnou izolaci na bázi silikátů, korek, ovčí vlnu, konopné desky apod. Pro stavbu lze využít i balíky slámy. 4.1 Tvarové řešení Kompaktní tvar budovy nejzásadnější z parametrů, snaha o dosažení co nejnižšího poměru ochlazovaných konstrukcí k objemu budovy A/V; ideální tvar je koule, ovšem z hlediska využití v praxi pak krychle nebo dispozičně vhodnější kvádr. 4.2 Dům zděný nebo dřevostavba? 4.2.1 Zděný Výhody: - tradice, pocit jistoty, - dobré tepelně akumulační vlastnosti (tepelná setrvačnost) Nevýhody: - pracnější (vyzdívání), mokrý proces, - nutné dodatečně zateplovat, velké tl. konstrukcí. 4.2.2 Dřevostavba Výhody: - tradice, pocit jistoty, - rychlá výstavba, - dobré tepelně izolační vlastnosti, - menší tl. konstrukcí. 65

Nevýhody: - bez tradice (pocit provizoria, chaty) - špatné tepelně akumulační vlastnosti STUDIJNÍ MATERIÁLY Použitá literatura Šubrt, R. a kol., 2011. Tepelné mosty.. Praha: GRADA, 224s. ISBN 978-80-247 247-4059-1. Šubrt, R., Zvánovcová, P. a M. Škopek, 2008. Katalog tepelných mostů 1: běžné detaily. České Budějovice: Energy Consulting Service, 224s. ISBN 978-80 80-254-2715-6. OTÁZKY A ÚKOLY 1. Popište výhody a nevýhody jednotlivých konstrukčních řešení. 2. Jaké existují tepelné izolace? KLÍČ K ŘEŠENÍ OTÁZEK 1. Viz výklad. 2. Viz výklad. 66

Kapitola 5 - Progresivní řešení a technologie pro spodní stavbu KLÍČOVÉ POJMY Spodní stavba, konstrukce, nosná konstrukce, zdící materiál, tepelná izolace CÍLE KAPITOLY Přehled základních způsobů založení objektu. 6 hodin ČAS POTŘEBNÝ KE STUDIU U KAPITOLY VÝKLAD Způsoby založení stavby musí respektovat základové podmínky. Při zakládání na desce lze použít jako tepelnou izolaci násyp z pěnoskla. U dřevostavby, obzvláště pokud je navržena z I nosníků, lze použít i zakládání na patky. Podlaha přízemí může být umístěna nad terénem (mezi podlahou a terénem je provětrávaná vzduchová dutina), tím se zamezí vzlínání zemní vlhkosti, dojde k ochraně domu před stojící vodou, která může dosahovat až k spodnímu líci podlahy. Dojde také k dokonalému odstínění od radonu. 67

Obr. 8 založení na patkách Zdroj: Šubrt R. a kol. Tepelné mosty. Praha: GRADA, 2011. 224s. ISBN 978-80-247-4059-1. Obr. 9 založení na desce, tepelná izolace pod deskou Zdroj: Šubrt R. a kol. Tepelné mosty. Praha: GRADA, 2011. 224s. ISBN 978-80-247-4059-1. 68

Obr. 10 založení na pěnovém skle Zdroj: Šubrt R. a kol. Tepelné mosty. Praha: GRADA, 2011. 224s. ISBN 978-80-247-4059-1. Obr. 11 klasické založení se svislou tepelnou izolací pod terén Zdroj: Šubrt R. a kol. Tepelné mosty. Praha: GRADA, 2011. 224s. ISBN 978-80-247-4059-1. 69

STUDIJNÍ MATERIÁLY Použitá literatura Šubrt, R. a kol., 2011. Tepelné mosty.. Praha: GRADA, 224s. ISBN 978-80-247 247-4059-1. Šubrt, R., Zvánovcová, P. a M. Škopek, 2008. Katalog tepelných mostů 1: běžné detaily. České Budějovice: Energy Consulting Service, 224s. ISBN 978-80 80-254-2715-6. OTÁZKY A ÚKOLY 1. Popište způsoby založení a jejich výhody a nevýhody. 2. Jaké jsou výhody založení nad terénem? KLÍČ K ŘEŠENÍ OTÁZEK 1. Viz výklad. 2. Viz výklad. 70

Kapitola 6 - Progresivní řešení a technologie pro obvodové konstrukce KLÍČOVÉ POJMY Výplně otvorů, obvodový plášť, konstrukce, nosná konstrukce, zdící materiál, tepelná izolace CÍLE KAPITOLY Základní řešení pro obvodové stěny a výplně otvorů. 6 hodin ČAS POTŘEBNÝ KE STUDIU U KAPITOLY VÝKLAD 6.1 Výplně otvorů Okno slouží nejen pro osvětlení místností, ale i pro optický styk interiéru s exteriérem. Jde o velmi složitý výrobek, na který se vztahuje mnoho nároků. Tyto požadavky jsou u pasivních domů výraznější. 71

Okno je z hlediska tepelných ztrát nejvýraznějším prvkem obálky budovy. Mimo tepelných ztrát může být v závislosti na orientaci a zastínění i zdrojem energie, a sice tím, že umožní solární zisky. Z hlediska celoroční potřeby energie na vytápění může být okno kladným prvkem, jeho energetická bilance může být kladná. Zda bude okno pro vytápění přínosem či nikoliv se rozhoduje již při projektování. Okno musí být především orientované na vhodnou stranu, nejlépe jih, lze však akceptovat i východ či západ. Nevhodná je orientace na sever, kde se oknům snažíme vyhýbat, pokud nás k jejich projektování na tuto stranu nevede jiný záměr (např. rozptýlené světlo potřebné pro některé činnosti). Stavba však musí být schopná zároveň tepelné zisky přenášet do neosvětlených prostor, případně je akumulovat a zpět vyzařovat tehdy, kdy slunce nesvítí a kdy je můžeme využít. Proto je nutné dbát na vhodnou velikost oken (u větších oken není možné všechno teplo ze slunce naakumulovat). Zároveň musíme dbát na to, aby nedocházelo k přehřívání objektu v letním období. Toto se řeší vhodným zastíněním, např. slunolamy, přečnívajícími částmi stavby, žaluziemi apod. Okno tvoří tepelně izolační a vzduchotěsnou obálku budovy a proto musí mít co nejlepší tepelně izolační vlastnosti, musí být osazeno tak, aby byly minimalizovány tepelné vazby, a zároveň musí být osazeno vzduchotěsně. Okno má několik spár, viz obr. 12. Obr. 12 spáry v oknech 72

Zdroj: Šubrt R., Z. Petrtyl a M. Škopek. OKNO-klíčová součást staveb. České Budějovice: Energy Consulting Service, 2010. 112s. ISBN 978-80-254-8573-6. Připojovací spára je spára mezi okenním rámem a stěnou okolo okna. Tato spára musí být z interiéru parotěsná a z exteriéru vodotěsná. Tato úprava z obou stran zabezpečí nejen parotěsnost z interiéru, ale i vzduchotěsnost a zvukotěsnost. Napojovací spára je pak chráněná i z exteriéru proti větrem hnanému dešti. Funkční spára je spárou mezi okenním rámem a okenním křídlem. Tato spára by měla být těsněna pokud možno minimálně dvoustupňovým těsněním. V této spáře musí dojít k vyrovnání tlaků vzduchu v interiéru a exteriéru, musí být vyřešeno případné zatečení, případná kondenzace vodní páry a mnoho dalšího. Pokud není nutné okno dělat otevíravé, tak tato spára v okně odpadá. Zároveň dochází ke zvětšení prosklené plochy okna. Zasklívací spára je spára, kde sklo doléhá k okennímu křídlu. Zde je nutné, aby tato spára byla vzduchotěsná. Musí být dostatečně hluboká tak, aby byl minimalizován tepelný most distančním rámečkem. Tepelně technické vlastnosti celého okna jsou dány součtem jeho jednotlivých vlastností, proto musí být všechny jeho části dostatečně tepelně izolovány. 6.2 Obvodové konstrukce Obvodových konstrukcí pro pasivní domy je více: - masivní konstrukce (zděné nebo betonové) - lehké konstrukce (dřevostavby prefabrikované nebo montované) - kombinace masivních a lehkých konstrukcí Výhodou masivních konstrukcí je větší schopnost akumulace tepla. Výhodou dřevostaveb je zase menší tloušťka stěn a také rychlejší průběh výstavby s menší pracností. 73

Svislá nosná konstrukce může být zděná z libovolného zdícího materiálu (cihly, vápenopískové cihly, betonové tvarovky pozor: u plynosilikátového zdiva je nutné dbát na bilanci kondenzace vodní páry a vnesenou vlhkost) nebo se může jednat o dřevostavbu různého systému (použití dřevěných I nosníků, systém two by four ). Na následujících obrázcích jsou ukázány některé možnosti skladeb obvodových stěn. Obr. 13 vápenopískové cihly + pěnový polystyren Zdroj: Šubrt R. a kol. Tepelné mosty. Praha: GRADA, 2011. 224s. ISBN 978-80-247-4059-1. 74